Surfen durch 3D-PCB-CAD im Inneren des Grauen Tsunamis

APEX San Diego – Auf meinem Longboard durch die Straßen des Gaslamp-Viertels zu fahren, muss in meinem Anzug und Krawatte ein ziemlicher Anblick gewesen sein. Frisch vom IPC APEX Messeboden kommend, schnitt ich Kurven durch den Verkehr, auf dem Weg zurück zu meinem Hotel, nachdem ich mehrere Stunden damit verbracht hatte, mit einigen Branchenkollegen über die positive Welle des 3D-PCB-CAD zu diskutieren.

Plötzlich hörte ich, wie zwei Typen von der belebten Straßenecke aus lachten und mir zuriefen: „Hey, du bist zu alt, um Skateboard zu fahren!“ Zur Belustigung der beiden Männer und einer ganzen Menschenmenge, die an der Ampel wartete, zeigte ich das Shaka-Zeichen mit meiner Hand. Schnell, als die Ampel umschaltete, rief ich ihnen mit einem Ausdruck zurück, den ich am Vorabend bei einer Präsentation eines PCB-Designers gehört hatte, und schrie „Seht her, der Graue Tsunami!“ Als ich das Lachen von der Straße hörte, fuhr ich auf meinem Skateboard weiter.

Die Metapher des Grauen Tsunamis wurde verwendet, um die alternde Bevölkerung von PCB-Designern zu beschreiben, die bald ihre letzte Welle aus der Elektronikindustrie reiten und vermutlich ihr kollektives Wissen und ihre Erfahrung im PCB-Design mitnehmen werden.

Warte… Alle raus aus dem Wasser! Was?!?

Ich sage es noch einmal. Die Menschen hinter dem Erfolg von so ziemlich allem, was in der PCB-Industrie funktioniert – die Babyboomer-Generation der PCB-Designer – sind auf ihrer letzten Welle. Sie gehen in den Ruhestand.

Seit Jahrzehnten legen PCB-Designer PCB-Designs mit Software aus, die sich kontinuierlich weiterentwickeln musste, getrieben von den Bedürfnissen des erfahrenen Designers.

Die Evolution kam durch Designer-Workarounds zustande. Von angepassten Landgeometrien und tränenförmigem Pad-Routing bis hin zum positiven Fluten von Kupferebenen. Von dynamischem Routing von Differentialpaaren bis zur automatisierten Längenanpassung kritischer Routen. Von manuell importierten DXF-Vorlagen zu hochdetaillierten mechanischen Schrittdateien. Der erfahrene PCB-Designer wusste immer, was grafisch benötigt wurde, um ein Design abzuschließen, bevor die Software jemals so weit entwickelt wurde, dass sie es leicht bereitstellen konnte.

Zum Beispiel könnten einige unserer PCB-Designer der Generation Y es als trivial empfinden zu erfahren, dass es vor dem Fall der "Dotcom"-Ära um 2000 herum nur eine Art der automatisierten Strombahnerstellung gab. Negative interne Ebenen waren alles, was die Designwerkzeuge zu der Zeit erstellen konnten. Aber als die Design-Technik, äußere Schichten einer PCB zu fluten, mehr Akzeptanz fand, improvisierten die Designer, indem sie ihre eigenen geometrischen Tricks verwendeten, um die Ebenen um die äußere Schicht Landgeometrie zu füllen. Es war erst bei einem PCB-Design-Benchmark-Event, der 2000 auf der PCB West stattfand, dass die Industrie die erste PCB-Design-Software erlebte, die automatisiertes Fluten der äußeren Kupferschichten durchführen konnte.

Der Moment steht als ein hervorragendes Beispiel dafür, wie ein EDA-Unternehmen auf den Ruf erfahrener PCB-Designer reagierte, indem es Funktionen zu ihren Werkzeugen hinzufügte, die sich als hilfreich für deren Designarbeit erwiesen, und damit alle Wettbewerber zum Nachziehen zwang. Doch mit der neuen Fähigkeit kam die Notwendigkeit, Designer über die Beschränkungen von äußerem Schichtdruck, Ätzen und Galvanisieren aufzuklären. Selbst heute, fast zwei Jahrzehnte später, verwenden Designer fälschlicherweise dieselben Freiraumregeln und inneren Kupferebenen (Druck und Ätzen) für das Fluten der äußeren Schichten, was mehr Freiraum für den zusätzlichen Galvanisierungsschritt erfordert.

Mit jahrzehntelanger Erfahrung im PCB-Design, die im Zuge des grauen Tsunamis verblasst, sehen wir bereits Anzeichen eines grundlegenden Wandels in der PCB-Herstellung. Die Elektronikindustrie wird von neuen Elektronikingenieuren überschwemmt, die sich den Herausforderungen des PCB-Designs und -Layouts stellen.

Während die neue Welle von Elektronikingenieur-Aussichten Gestalt annimmt, erzeugt sie Begeisterung bei den Beobachtern der Industrie. Doch während neue PCB-Design-„Gremmies“ ihre Designwerkzeuge herauspaddeln, um ihre ersten Wellen zu erwischen, bereitet sich der PCB-Herstellungsbereich der Industrie auf einen endlosen Sommer voller heftiger Design-Katastrophen vor – unmögliche PCB-Stack-Ups, furchtbare Druck- und Ätzherausforderungen, unhandhabbare Bohrungsverhältnisse – all das kombiniert mit ungeschickten oder fehlenden Daten, Designspezifikationen und Dokumentationen.

Aufgrund großer Verbesserungen bei PCB-Layout-Tools, angetrieben durch die Erfahrung der Babyboomer-PCB-Designer-Generation, können unsere aufkommenden millennialen PCB-Designer den Umgang mit EDA-Tools erschreckend schnell lernen! Aber das Erlernen des Designs – das heißt, genug Erfahrung zu sammeln, um die elektrischen Leistungskriterien zu erfüllen und gleichzeitig viele andere Einschränkungen wie Kosten und Herstellung zu berücksichtigen – wird noch nicht per Knopfdruck erreicht. PCB-Design muss durch Kommunikation mit den PCB-Prozessbeteiligten und Verständnis ihrer Fähigkeiten erlernt werden.

Ein EDA-Unternehmen, das die Realität ablehnt, dass die Funktionalität der "Benutzerfreundlichkeit" nicht für sich allein steht und mit greifbarer PCB-Designausbildung gekoppelt sein muss, wird feststellen, dass sein Produkt neuen Designern ermöglicht, leicht Designs zu erstellen, die scheitern werden!

Mit der zunehmenden Lücke an erfahrenen Designern, die neuen EEs als Mentoren zur Verfügung stehen, wenden sich die EEs an die PCB-Layout-Tools, um sie zum Erfolg zu führen. Es ist kein Geheimnis, dass PCB-CAD-Unternehmen sich dessen sehr wohl bewusst sind. Es gibt laufende unternehmerische Bemühungen, dieses Dilemma anzugehen. Was ist der richtige Ansatz?

Die grundlegende Design-Erfahrung der Vergangenheit erfassen

PCB-Design-Ausbilder und Bildungsprogramme haben viele Grundlagen für das PCB-Design gelegt, was die Signalintegrität und die gesamte elektrische Leistung betrifft, die durch die verwobenen Kombinationen von Komponenten, Leitern, Dielektrika und Umgebung beeinflusst wird. Fortschrittliche EDA-Unternehmen tun gut daran, aktiv teilzunehmen, zu unterstützen und all diese grundlegenden Konzepte zu erfassen, wie sie in Blogs, Broschüren, Seminaren und Design-Expo-Treffen präsentiert werden, um diese Konzepte in ihrer Design-Software als grundlegende Funktionalität anzusprechen. Es hat sich gezeigt, dass der Versuch, diese grundlegenden Informationen lediglich als „Standardeinstellungen“ in das Software-Tool einzubetten, den neuen Designer in Richtung Scheitern führt. Es gab tatsächliche Fälle von unherstellbaren Daten, die beim PCB-Lieferanten auftauchten, weil der neue Designer leider annahm, dass die Standardeinstellungen so gesetzt waren, dass sie herstellbar sind!

Designer mit aktuellen Branchenbeteiligten verbinden

Obwohl sich die Physik elektronischer Komponenten, einschließlich gedruckter Schaltkarten, über die Jahre nicht verändert hat, haben sich die Packungsdichte und die Parameter für die Signalintegrität drastisch gewandelt. Jeden Tag stehen Designer vor neuen Komponenten, die kleiner sind als je zuvor. Einige neue Chip-Widerstände sind klein genug, um in das Null eines mit 2019 markierten Pennys zu passen!

Aber nur weil neue Teile für eine gute elektrische Leistung verfügbar sind, bedeutet das nicht, dass sie immer die beste Wahl für die Verfügbarkeit der Einkaufsbeteiligten sind. Das bedeutet nicht, dass die Teile die beste Wahl für die maschinelle Verarbeitung durch Montagebeteiligte sind. Mehr denn je müssen PCB-Designer allen Beteiligten in der PCB-Industrie vorgestellt werden, um für den Erfolg aller zu entwerfen. Verbindungen werden zu Hochgeschwindigkeitsingenieuren, zur Fertigung, Montage und zu Testbeteiligten durch EDA-Tool-Softwarefähigkeiten hergestellt.

Wir sehen integrierte Software, die jetzt spezifische Materialien definieren, die Impedanz von Leiterbahnen berechnen und die automatisch Dimensionen und Toleranzen für Fertigungspaneele und Montagearrays generieren kann. Aber ohne die neuen Nutzer dieser Entwurfs- und Dokumentationsfähigkeiten mit den Beteiligten, die sie betreffen, zu verbinden, ermöglichen EDA-Tool-Anbieter dem neuen Designer erneut zu scheitern.

Was nützt es, wenn ein PCB-Design-Tool einem neuen Benutzer die Fähigkeit zur geometrischen Bemaßung und Tolerierung unter Verwendung von IPC-2615 bietet, der nie einen Kurs in Bemaßung und Tolerierung besucht hat? Oh je, bitte hilf den Fertigungsbeteiligten, die Entwurfsdokumentation von einem neuen Designer erhalten, der dachte, es wäre eine gute Idee, diese Funktionalität ohne angemessene Schulung anzuwenden!

Erstellen Sie eine dynamische PCB-Beteiligtengemeinschaft

Lassen Sie uns also kein Missverständnis aufkommen. Es ist ein beeindruckendes Schauspiel, ein Webinar über ein EDA-Tool zu sehen, das Layout-Software zeigt, welche die nächste Welle von Funktionen unterstützt, um allen Stakeholdern der PCB-Industrie zu helfen. Genauso beeindruckend ist es, erfahrenen Surfern dabei zuzusehen, wie sie die riesigen sechzig Fuß hohen Wellen bei Maverick’s reiten, einem Surfspot nördlich von Half Moon Bay in Kalifornien. Ein weises EDA-Unternehmen wird erkennen, dass nur erfahrene Profis diese Wellen surfen. Solche, die klugen Rat von denen gesucht haben, die ihnen vorausgegangen sind, und Unterstützungsteams aus Rettungshubschraubern und persönlichen Wasserfahrzeugen zusammengestellt haben, um die Fahrt aus der Gefahr heraus zu vollenden, sobald die Welle geritten wurde. Niemand bei klarem Verstand würde einen Anfänger ermutigen, diese Dinge zu versuchen. Schon gar nicht alleine.

Aufmerksame EDA-Unternehmen erkennen, dass es von entscheidender Bedeutung ist, eine Gemeinschaft von PCB-Beteiligten aufzubauen, um ihre neuesten Wellen der Werkzeugfähigkeit zu unterstützen. Eine gesunde PCB-Designgemeinschaft muss Eingaben und Rückmeldungen von allen Personen umfassen, die von ihrer Nutzung profitieren oder durch Benutzer, die scheitern, Schaden nehmen könnten. Signalintegritätsleistungsingenieurwesen, Komponenteningenieurwesen, Lieferantenmanagement, Fertigungsingenieurwesen, Testingenieurwesen und sogar Kunden müssen zusammengebracht werden, um zu teilen und zu lernen. Wie die PCB-Designs selbst müssen Veranstaltungen bestimmten Einschränkungen folgen. Sie müssen erschwinglich, interessant, unterhaltsam und einbindend sein. Sie müssen dazu dienen, eine PCB-Gemeinschaft aufzubauen.

Was bleibt von der PCB-Industrie im Zuge des Grauen Tsunamis übrig?

Unabhängig von der Ära, in der Sie das PCB-Design gelernt haben oder noch lernen, hatte der Beruf immer einen großen Vorteil. PCB-Design gehört zu einer Klasse von technischen Jobs, bei denen das Hören Ihrer Lieblingsmusik während des Routings tatsächlich Ihre Designleistung steigern kann! Ein PCB-Designer kann die ganze Nacht durchmachen, um einen Job bis zum Morgen zu beenden, wenn die richtige Musik im Headset spielt. Ich habe oft Stunden verstreichen lassen, unbemerkt, während ich zu den Surf-Rock-Melodien von Dick Dale und den Del Tones geroutet habe. Leider hat die Welt kürzlich den „König der Surf-Gitarre“ verloren.

Aber seit Dick seine letzte Welle im Alter von 81 Jahren geritten ist, hat seine Branche - die Musikindustrie - hervorragende Arbeit geleistet, um sicherzustellen, dass seine Arbeit von ihren Anfängen an aufgezeichnet und dokumentiert wird. Es gibt unzählige Aufnahmen, YouTube-Videos und sogar Surf-Rock-Festivals, die sicherstellen werden, dass sein Erbe weiterlebt. Und das Beste von allem, PCB-Designer können weiterhin seinem klassischen Song „Miserlou“ lauschen, während sie stundenlang unzählige DDRx-Designspuren routen.

Die Musikindustrie hat es jedem, der Zugang zu Medien hat oder Zeit findet, Live-Veranstaltungen zu besuchen, ermöglicht, Instrumente zu erwerben, zu lernen, wie man sie spielt, und sogar seinen Lebensunterhalt damit zu verdienen. PCB-Designer, jung und alt, können nur hoffen, dass unsere Branche - die Elektronik- und PCB-Designbranche - vielleicht sogar angeführt von den EDA-Tool-Anbietern selbst, ebenfalls gute Arbeit leistet, um ein ähnliches PCB-Designer-Erbe für unsere zukünftigen PCB-Designer zu bewahren. PCB-Designer der nächsten Generation benötigen nicht nur Zugang zu leistungsfähigen Werkzeugen und eine angemessene Anleitung zu deren Nutzung, sie müssen auch mit „allen anderen“ Beteiligten im PCB-Herstellungsworkflow bekannt gemacht werden, um zu verstehen, wie sie zu einem gesunden Lebensunterhalt für sich selbst beitragen können, während sie zur Zufriedenheit und Effizienz der PCB-Stakeholder-Gemeinschaft beitragen.

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